駱察尼大壩黏土碾壓參數(shù)試驗

孟聞遠(yuǎn)，鄭 怡

(1.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011;2.三門峽水利勘測設(shè)計院，河南三門峽 472300)

駱察尼大壩黏土碾壓參數(shù)試驗

孟聞遠(yuǎn)1，鄭 怡2

(1.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011;2.三門峽水利勘測設(shè)計院，河南三門峽 472300)

黏土心墻堆石壩是一種常用的壩型，黏土的碾壓質(zhì)量決定大壩運行中防滲效果的好壞.以駱察尼大壩為例，通過黏土的現(xiàn)場碾壓試驗，分析其壓實特性，并探討粘性土料最優(yōu)含水率、最佳鋪料厚度和碾壓遍數(shù)等施工參數(shù)的取舍，從而為同類型條件下的施工提供參考.

黏土心墻壩;壓實特性;最優(yōu)含水率;最佳鋪料厚度;碾壓遍數(shù)

堆石壩是由堆石和防滲體，經(jīng)拋填或碾壓而成.這種壩的優(yōu)點是可充分利用當(dāng)?shù)靥烊徊牧希苓m應(yīng)不同的地質(zhì)條件，施工方法較簡便，抗震性能好.黏土心墻堆石壩是一種常見的堆石壩形式，我國的小浪底水電站就是這種壩型的典型代表.由于采用的防滲材料主要以黏土為主，因此，黏土碾壓質(zhì)量的優(yōu)劣將決定大壩運行階段防滲效果的好壞.確定合理的碾壓參數(shù)，才能保證黏土心墻堆石壩的安全和有效地運行.筆者以駱察尼大壩為例，對碾壓參數(shù)進行了現(xiàn)場試驗研究，并提出了一些建議，為同類條件下的施工提供參考.

1 工程概況

駱察尼大壩是我國在博茨瓦納承建的一座黏土心墻堆石壩，除防洪作用外，還兼顧為周圍居民提供飲用及灌溉用水.大壩左岸有1個150 m寬的敞開式溢洪道，壩后布置有泵站、水處理廠，還包括約8.444 km球墨鑄鐵管道(直徑600 mm和700 mm)和1個3 500 m3水池，大壩頂長1.4 km，最大壩高30 m，壩址區(qū)基本為片麻巖.該地區(qū)年降水量約300～400 mm，旱季為4—10月，雨季為11月到次年3月，1979年以來最大流量為139.47 m3.料場距壩軸上游1.5 km，含腐殖土較多，可開采深度為20～140 cm，多數(shù)為40 cm.黏土填料設(shè)計參數(shù)見表1.

表1 黏土填料設(shè)計要求

2 黏土碾壓試驗

2.1 試驗?zāi)康?/h3>

①確定經(jīng)濟合理的施工壓實參數(shù)，包括不同填筑材料鋪料厚度、碾壓器械、碾壓遍數(shù)、行走速度、加水方式和加水量;②驗證與核實設(shè)計填筑碾壓施工參數(shù)、設(shè)計填筑質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn);③研究和完善填筑施工工藝和措施，制定填筑施工實施細(xì)則;④檢驗所選用碾壓機械的適應(yīng)性和性能的可靠性.

2.2 碾壓的基本程序

黏土碾壓試驗的基本程序，如圖1所示.

圖1 填筑碾壓試驗程序

1)試料裝運.采用挖掘機與自卸汽車進行碾壓材料的裝運.填筑料派專人指揮，嚴(yán)格控制超徑料的裝入，嚴(yán)禁粗料或細(xì)料集中裝放.

2)鋪料.采用后退法鋪料，便于推土機跟進平整和運料車輛行駛.鋪填層厚由測量人員監(jiān)控.

3)平料.采用推土機推平，再輔以人工找平，保證填筑層厚度和平整度滿足試驗要求.

4)層厚與沉降量測量.采用測量儀器進行測量.在試料靜碾2遍后進行層厚測量，每碾壓2遍進行1次沉降量測量.

5)碾壓.振動碾在碾壓試驗區(qū)范圍2 m外起振，在專人指揮下進行碾壓，采用前進、后退全振動方法，采用搭接法碾壓，搭接寬度不小于20 cm.要求振動碾行駛平直、穩(wěn)定，行車速度控制在2.5～3.0 km/h，由碾壓指揮人員用秒表控制行車速度.

6)填筑料密度測量、級配分析、最大干密度和最優(yōu)含水率試驗均按規(guī)范要求進行.填筑料密度現(xiàn)場試驗采用核子密度儀法和環(huán)刀法，并進行對比，取得參數(shù)的適宜值，含水率測量采用烘干法，級配分析采用篩網(wǎng)人工篩分法，最大干密度和最優(yōu)含水率采用室內(nèi)擊實試驗確定.

2.3 碾壓場次安排

碾壓試驗采用18 t凸塊振動碾，不考慮機械參數(shù)的比選，而主要進行填筑碾壓施工參數(shù)的比選試驗，填筑碾壓參數(shù)主要包括鋪層厚度、碾壓遍數(shù)等.現(xiàn)場填筑碾壓試驗按各個參數(shù)的不同取值組合進行試驗，碾壓試驗參數(shù)取值主要依據(jù)技術(shù)條款提供的填筑碾壓參數(shù)，并參考其他類似工程采用的施工參數(shù)進行確定［1］.初步確定的施工參數(shù)規(guī)劃值為:虛鋪層厚200，300，400 mm;預(yù)計厚度150，240，320 mm;碾壓遍數(shù)4，6，8遍.且要求黏土在現(xiàn)場灑水至飽和狀態(tài)后運至碾壓試驗現(xiàn)場.

室內(nèi)最大干密度和含水率試驗共取試樣33組，得出最大干密度為1.932 g/cm3，最優(yōu)含水率為9.2%.現(xiàn)場干密度的試驗取樣10組，結(jié)果見表2與表3.

3 試驗結(jié)果分析

3.1 碾壓遍數(shù)與干密度的關(guān)系

鋪土厚度為200，300，400 mm時，在材料基本相同的情況下，干密度隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加.

從試驗結(jié)果來看，鋪土厚度為200 mm時，碾壓4，6，8遍，其密度均能滿足填筑要求;鋪土厚度為300 mm時，碾壓6，8遍，其密度均能滿足填筑要求;鋪土厚度為400 mm時，碾壓4，6，8遍，其干密度均不能滿足填筑要求.

考慮到施工的經(jīng)濟性及合理性，盡可能在最大鋪土厚度和最小碾壓遍數(shù)的情況下達到填筑要求，因此，取厚度為300 mm，碾壓遍數(shù)為6遍.

3.2 碾壓遍數(shù)與沉降率的關(guān)系

隨著碾壓遍數(shù)增加，沉降率亦增大.同時，隨著碾壓遍數(shù)的增加，沉降率的增加幅度逐漸減緩.由試驗結(jié)果可知，在碾壓6遍后沉降率減緩，取碾壓遍數(shù)為6遍是合理的.

3.3 碾壓參數(shù)建議值

根據(jù)試驗結(jié)果及以上分析，建議碾壓參數(shù)為:層厚300 mm;碾壓遍數(shù) 6遍;行走速度為 2.5～3.0 km/h;擊實干密度 1.932 g/cm3;施工控制壓實度98%;施工控制干密度1.893 g/cm3.

表2 采用核子密度儀法測得的干密度試驗結(jié)果

表3 采用環(huán)刀法測得的干密度試驗結(jié)果

4 結(jié)語

從試驗結(jié)果和施工方便考慮，土料碾壓厚度取300 mm，碾壓遍數(shù)為6遍;防滲體土料應(yīng)用進占法卸料，汽車不應(yīng)在已壓實土料面上行駛;防滲體土料采用振動凸塊碾壓實，振動碾工作重量應(yīng)大于10 t，碾壓應(yīng)沿壩軸線方向進行;碾壓時，碾壓機具開行方向應(yīng)與壩軸線平行，碾壓方法采用進退錯距法;當(dāng)粘性土含水量偏低或偏高時，須進行灑水或晾曬，此工作主要在料場進行;心墻與周邊砂殼應(yīng)平衡上升，若心墻上升過快易造成干裂，影響質(zhì)量［2－3］.

筆者通過實際工程中的試驗，得出了土料以腐殖土為主條件下的碾壓參數(shù)，可為同類型條件下的施工提供參考.但是，由于土料類型的不同，黏土碾壓參數(shù)的選擇存在一定的差異，筆者只討論了其中一種類型的黏土碾壓參數(shù)，對于其它黏土類型碾壓參數(shù)的選擇有待繼續(xù)研究.

［1］李重民，石建軍.張峰水庫大壩黏土心墻填筑碾壓試驗及施工參數(shù)確定［J］.山西水利:技術(shù)與應(yīng)用，2007，23(4):58－59.

［2］中國水利水電科學(xué)研究院.DL/T 5129—2001碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2001.

［3］黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL 274—2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2002.

Test of Clay Rolling Compaction Parameters for Lotsane Dam

MENG Wen-yuan，ZHENG Yi
(1.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.Sanmenxia Water Survey and Design Institute，Sanmenxia 472300，China)

Nowadays a clay core rockfill dam is a common dam type，but clay rolling compaction quality will determine the anti-seepage effect of the dam.Taking Lotsane Dam as an example，the compaction characteristics of the clay were analyzed and the choice of construction parameters such as the optimum moisture content of clay materials，the best layer thickness，the rolling times were discussed by on-site rolling test of the clay，which would provide a reference for the construction under the same conditions.

clay core rockfill dam;compaction characteristics;optimum moisture content;best thickness of layer;rolling times

1002－5634(2011)05－0051－03

2011－05－18

孟聞遠(yuǎn)(1965—)，男，河南郾城人，教授，博士，主要從事數(shù)值計算新方法、結(jié)構(gòu)動靜態(tài)分析及穩(wěn)定性分析等方面的研究.

(責(zé)任編輯:喬翠平)